多层钢筋混凝土框架结构.ppt

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1、第十三章 多层钢筋混凝土框架结构,第一节 结构布置与计算简图第二节 竖向荷载作用下内力的近似计算分层法第三节 水平荷载作用下内力的近似计算 反弯点法和D值法第四节 水平荷载作用下侧移的近似计算第五节 框架的荷载组合和内力组合第六节 框架梁柱的截面配筋第七节 现浇框架的一般构造要求,第一节 结构布置与计算简图,一、柱网布置 二、承重框架的布置三、结构布置要求四、截面尺寸的确定五、结构计算简图,一、柱网布置,架框结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又要使结构受力合理，施工方便。1、柱网布置应满足使用要求 在多层工业厂房设计中，柱网布置方式可分为内廊式、跨度组合式（等跨式、对称不等跨

2、式）等。内廊式柱网常为对称三跨，边跨跨度(房间进深)常为6、6.6、6.9、7.5、9、12m，中间跨为走廊跨度常为2.4m，2.7m、3.0m。等跨式柱网适用于厂房、仓库、商店，其进深常为6m，7.5m、9m、12m等，柱距常为6m。对称不等跨柱网常用于建筑平面宽度较大的厂房，常用的 柱网有(5.8+6.2+6.2+5.8)6.0m、(7.5+7.5+12.0+7.5+7.5)6.0m，(8.0+12.0+8.0)6.0m。,2、柱网布置应满足建筑平面布置的要求,在旅馆、办公楼等民用建筑中，柱网布置应与建筑分隔墙 布置相协调。四行柱三跨框架（15m左右）；三行柱两跨框架（10m左右）；开间3

3、.3m4.5m。3、柱网布置要使结构受力合理 跨度均匀或边跨略小时较合理；三跨框架比两跨框架内力小，较合理。4、柱网布置应使施工方便（对于装配式结构）构件的最大长度和最大重量，使之满足吊装，运输条件；构件尺寸的模数化，标准化，以满足工业化生产的要求。现浇框架结构可不受建筑模数和构件标准的限制，但在结构布置时亦应尽量使梁板布置简单规则，以方便施工。,二、承重框架的布置,1横向框架承重方案2纵向框架承重方案3纵横向框架混合承重方案实际的框架结构是一个空间受力体系；计算时把实际框架结 构看成纵横两个方向的平面框架；沿建筑物长向的称为纵向框架，沿建筑物短向的称为横向框架；纵向框架和横向框架分别承受各自

4、方向上的水平力；楼面竖向荷载则依楼盖结构布置方式而按不同的方式传递。承重框架指承受楼面竖向荷载的框架。,1横向框架承重方案,横向框架承重方案是在横向上布置框架主梁而在纵向 上布置连系梁；有利于提高建筑物的横向抗侧刚度；纵向布置较小的连系梁。这也有利于房屋室内的采光与通风。,2纵向框架承重方案,纵向框架承重方案是在纵向上布置框架主梁，在横向上布置连系梁。横梁高度较小，有利于设备管线的穿行；可获得较高的室内净高；可利用纵向框架的刚度来调整房屋的不均匀沉降；房屋的横向刚度较差；进深尺寸受预制板长度的限制。,3纵横向框架混合承重方案,纵横向框架混合承重方案是在两个方向上均需布置框架主梁以承受楼面荷载。

5、纵横向框架混合承重方案具有较好的整体工作性能；框架柱均为双向偏心受压构件，为空间受力体系，因此也称为空间框架。,三、结构布置要求,1、应设计成双向框架。2、抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。3、框架梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不能重合时，在计算中应考 虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不 利影响，以及梁荷载对柱子的偏心影响；梁、柱中心线之间的偏心距，不应大于 柱截面在该方向宽度的14；偏心距大于该方向柱宽的14时，可采取 增设梁的水平加腋等措施；,4、结构应受力明确，构造简单；5、框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重之混合 形式；6、电梯井贴梁柱布置，不得独立；7、填充墙应位于

6、框架平面内，并受柱约束；8、现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，按一级抗震等级 设计时，不应低于C30；按二四级和非抗震设计时，不应 低于C20；9、现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C40；框架柱的混凝 土强度等级，抗震设防烈度为9度时不宜大于C60，抗震设防 烈度为8度时不宜大于C70；10、抗震设计的框架结构中，当布置少量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作。,四、截面尺寸的确定,(一)框架梁的截面尺寸(二)框架柱的截面尺寸（三）楼盖结构尺寸,(一)框架梁的截面尺寸,hb=(1/71/15)lb(刚度要求)hblbn/4（避免短梁）bb=(1/21/3.5)h

7、b bb200mm(构造要求)bbbc/2 式中 lb、lbn分别为主梁的计算跨度和净跨度。梁高也可以按下列经验公式估算：两端无支托的梁，按弯矩（0.60.8）M0来估算梁高；两端有支托的梁，按弯矩（0.40.6）M0来估算梁高；M0按简支梁计算的跨中最大弯矩。框架结构纵向连系梁截面高度：可按hb=(1/141/18)lb确定(lb为连系梁计算跨度)。,(二)框架柱的截面尺寸,1、最小构造尺寸矩形截面柱：hc/bc3；抗震设计时，bc300mm；非抗震设计时，bc250mm；bc(1/151/20)h；hc400mm。hc(1/151/20)h（h为层高）。圆形截面柱：dc350mm。2、满足

8、轴压比限制轴压比：N=N/(Acfc)N,轴压比要求：,N=N/(Acfc)NAC柱的截面面积，Ac=bc.hc；bc、hc柱的截面高度和宽度；其中宜bc250mm、hc400mm;N竖向静、活(考虑活荷载折减)荷载与地震作用组合下的轴力；G荷载分项系数，可取G=1.25；计入地震时轴力放大系数，6度设防：=1.0；7度设防：=1.051.1；8度设防：=1.11.15；S柱的负荷面积；w单位面积上的竖向荷载初估值，w=10-14kN/m2；n柱计算截面以上的楼层数；N柱的轴压比限制值。,3避免出现短柱,Hc0/hc4式中:Hc0柱的净高。当柱的净高与柱截面长边(高度)之比小于4时(Hc0/h

9、c4),容易发生剪切破坏.4满足抗剪承载力的要求无地震作用组合时：V0.25cfcbh0有地震作用组合时：V(0.20cfcbh0)/REc混凝土强度影响系数；RE截面承载力抗震调整系数。,（三）楼盖结构尺寸,楼盖结构尺寸初估,（1）梁截面尺寸估计：梁截面高度与跨度之比，可参见表1-7。梁截面宽度与高度之比一般为1214，且至少比柱宽小50mm。特殊情况下也可设计宽扁梁，扁梁的宽度不宜大于柱宽。()板厚的估计：楼板厚可按1-8选用。单向板的最小厚度要求为：屋面板和民用建筑的楼面板60；工业建筑的楼面板70。,表-7梁截面高度与跨度之比（hbl）表1-8楼板的厚度与跨度之比（tl）,五、结构计算

10、简图,1.计算单元的确定2.节点的简化3.跨度与层高的确定4.构件截面弯曲刚度的计算5.荷载计算,1.计算单元的确定,横向框架：一般取中间有代表性的一榀进行分析即可；纵向框架：作用于纵向框架上的荷载则各不相同，必要时应分别进行计算。,2.节点的简化,（1）梁柱节点可简化为刚接节点、铰接节点和半铰节点：现浇钢筋混凝土框架刚接节点；装配式框架铰接节点或半铰节点（预埋钢板在其自身平面外的刚度很小，难以保证结构受力后梁柱间没有相对转动）；装配整体式框架刚接节点（这种节点的刚性不如现浇式框架好，节点处梁端的实际负弯矩要小于计算值）。（2）框架柱脚支座可分为固定支座和铰支座：现浇钢筋混凝土柱固定支座；预制

11、柱杯形基础视构造措施不同分别简化为固定支座和铰支座。,3.跨度与层高的确定,跨度即取柱子轴线之间的距离（当上下层柱截面尺寸变化时，一般以最小截面的形心线来确定）；层高(框架柱的长度)即为相应的建筑层高，而底层柱的长度则应从基础顶面算起。为了简化计算，还可作如下规定：当框架横梁为坡度i1/8的斜梁时，可简化为水平直杆。对于不等跨的框架；当各跨跨度相差不大于10时，可简化为等跨框架，计算跨度取原框架各跨跨度的平均值。,4构件截面弯曲刚度的计算,对现浇楼盖,中框架取I=2I0，边框架取I=1.5I0；对装配整体式楼盖，中框架取I=1.5I0，边框架取I=1.2I0；这里I0为矩形截面梁的截面惯性矩。

12、对装配式楼盖，则按梁的实际截面计算I。,5荷载计算,竖向荷载按结构布置情况导算到承重框架梁上；建筑物上的总水平荷载（风荷载和水平地震作用）按柱的抗侧刚度分配。计算荷载可作如下简化：(1)集中荷载的位置允许移动不超过1/20梁的跨度；(2)次梁传至主梁的集中荷载，按简支梁反力考虑；(3)沿框架高度分布作用的风荷载可以简化为框架节点荷载，而略去它对节间的局部弯曲作用。,第二节多层多跨框架在竖向荷载作用下内力的近似计算分层法,一、计算假定二、计算单元选取三、计算结果处理,一、计算假定,1、不考虑结构的侧移；2、每层梁上的荷载对其它层梁的影响不计：本单元上梁弯距不在其它单元上进行分配计传递；3、活荷载

13、一般按满布考虑，不进行各种不利布置的计算；4、除底层外，其它各层柱的线刚度乘以折减系数0.9，传递系数取1/3。,二、计算单元选取,每层框架梁连同上下层柱作为基本计算单元，柱远端按固定端考虑。,三、计算结果处理,弯距计算分配完成后，梁端弯距即为梁的平衡弯距。柱端弯距取相邻单元对应的柱端弯距之和。一般地，分层计算的结果，在各节点上的弯距不平衡，但误差不大可不计。如果较大时，可将不平衡弯距再进行一次分配。在竖向荷载作用下，梁端负弯距较大时，可考虑塑性内力重分布予以降低。为使梁跨中钢筋不至于过少，保证梁跨中截面有足够的承载力，经过调幅后的梁跨中弯距不小于按简支梁计算的跨中弯距的50。梁端弯距调幅只对

14、竖向荷载进行，水平力作用下的梁端弯距不允许调幅。,第三节 多层多跨框架在水平荷载作用下内力的近似计算反弯点法和D值法,（一）反弯点法（二）D 值法,（一）反弯点法,一、基本假定二、反弯点高度三、侧移刚度四、计算步骤五、反弯点法的适用条件,一、基本假定,梁柱线刚度比较大(ib/ic3）时，节点转角很小，可忽略不计，即0。不考虑柱子的轴向变形，故同层各节点水平位移相等。底层柱与基础固接，线位移与角位移均为0。,二、反弯点高度,反弯点高度y是指反弯点至柱下端的距离。对于上层各柱，假定反弯点在柱中点。即yi=hi/2(i=2,3,n)；对于底层柱，由于底端固定而上端有转角，反弯点向上移，通常假定反弯点

15、在距底端2h13处(y1=h1/2)。,三、柱的侧移刚度 D,侧移刚度D 柱上下两端相对有单位侧移（=1）时柱中产生的剪力，D=V/=12ic/h2。当梁的线刚度比柱的线刚度大得多时(如ib/ic3)，可近似认为结点转角均为零。柱的剪力与水平位移的关系为,四、计算步骤,确定柱反弯点高度计算柱反弯点处的剪力计算柱端弯矩计算梁端弯矩求其它内力,2.计算柱反弯点处的剪力,求出任一楼层的层总剪力，在该楼层各柱之间的分配。（1）框架的层间总剪力Vpj 设框架结构共有n层，外荷载（Fi）在第j层产生的层间总剪力Vpj为：,式中 Fi作用在框架第i层节点处的水平力。,（2）层间总剪力Vpj在同层各柱间的分配

16、,设框架共有n层，第j层内有m个柱子，各柱剪力为Vjl、Vj2、Vji，根据层剪力平衡的条件有：,式中：Vji第j层第i柱所承受的剪力；m第j层内的柱子数：dji第j层第i柱的侧移刚度；VPj第j层的层剪力。,3.计算柱端弯矩,各柱端弯矩由该柱剪力和反弯点高度计算。上部各层柱：上下端的弯矩相等，即：Mji上=Mji下=Vjihj/2（j=2,3,n；i=1,2,m）底层柱：上端弯矩 M1i上=V1ih1/3 下端弯矩 M1i下=2V1ih1/3（i=1,2,m）,4.计算梁端弯矩,梁端弯矩可由节点平衡条件和变形协调条件求得。（1）边节点:Mj=Mj上+Mj下,（2）中间节点：,5.求其它内力,

17、由梁两端的弯矩，根据梁的平衡条件，可求出梁的剪力；由梁的剪力，根据结点的平衡条件，可求出柱的轴力。小结：归纳起来，反弯点法的计算步骤如下：(1)多层多跨框架在水平荷载作用下，当(ibic3)时，可采用反弯点法计算杆件内力。(2)计算各柱侧移刚度；并按柱侧移刚度把层间总剪力分配到每个柱。(3)根据各柱分配到的剪力及反弯点位置，计算柱端弯矩。(4)根据结点平衡条件和变形协调条件计算梁端弯矩。,五、反弯点法的适用条件,梁柱线刚度之比值大于3(ibic3)；各层结构比较均匀（求D时两端固定，反弯点在柱中点）。对于层数不多的框架，误差不会很大。但对于高层框架，由于柱截面加大，梁柱相对线刚度比值相应减小，

18、反弯点法的误差较大。,（二）D 值法,反弯点法在考虑柱侧移刚度d时，假设横梁的线刚度无穷大（结点转角为0），对于层数较多的框架，梁柱相对线刚度比较接近，甚至有时柱的线刚度反而比梁大；反弯点法计算反弯点高度y时，假设柱上下结点转角相等，这样误差也较大；1933年日本武藤清提出了修正柱的侧移刚度和调整反弯点高度的方法。修正后的柱侧移刚度用D表示，故称为D值法。D值法也要解决两个主要问题：确定柱侧移刚度和反弯点高度。,一、修正后柱侧移刚度D值的计算二、柱反弯点处的剪力三、确定柱反弯点高度比,.,0,第四节 水平荷载作用下侧移的近似计算,侧移分类框架的变形特点框架变形的计算,侧移分类,一根悬臂柱在均布

19、荷载作用下，由弯矩作用和剪力作用引起的变形曲线形状不同。由剪力引起的变形剪切型：愈到底层，相邻两点间的相对变形愈大，当q向右时，曲线凹向左。由弯矩引起的变形弯曲型：愈到顶层，相邻两点间的相对变形愈大，当q向右时，曲线凹向右。,框架的变形特点,梁柱杆件弯曲产生的侧移，与悬臂柱剪切变形的曲线形状相似称为剪切型变形曲线。柱轴向变形形成的侧移曲线，与悬臂柱弯曲变形形状相似称为弯曲型变形曲线。框架的总变形由剪切变形和弯曲变形两部分组成；在层数不多的框架中，柱轴向变形引起的侧移很小，常可忽略；在高度较大的框架中，柱轴向力加大，柱轴向变形引起的侧移不能忽略；二者叠加以后的侧移曲线仍以剪切型为主。,框架变形的计算,梁柱弯曲变形产生的侧移 用D值法计算侧移 已知框架结构第j层所有柱的Dij值及层剪力Vpj后，可得近似计算层间侧移的公式：各层侧移绝对值是该层以下各层层间侧移之和。顶点侧移即所有层(n层)层间侧移之总和。,柱轴向变形产生的侧移,一般当H50m，或H/B4时，要计算柱轴向变形产生的侧移。一般框架在水平荷载作用下，只有两根边柱轴力(一拉一压)较大，中柱轴力很小。,